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Zellenradschleusen

So sorgen Zellenradschleusen für sicheren Fluss – selbst bei schwierigen Produkten

| Autor / Redakteur: Gerhard Böhner / Sabine Mühlenkamp

Zellenradschleusen sorgen nicht nur für eine zuverlässige Dosierung, sondern erfüllen auch Sicherheitsaufgaben, z.B. verhindern sie das Ausbreiten von Staubexplosionen.
Zellenradschleusen sorgen nicht nur für eine zuverlässige Dosierung, sondern erfüllen auch Sicherheitsaufgaben, z.B. verhindern sie das Ausbreiten von Staubexplosionen. (Bild: S.S.T.)

Überall in der Schüttgut-Industrie werden Zellenradschleusen zum Austragen und Dosieren von staub-, pulver- oder granulatförmigen Feststoffen eingesetzt. Die Standard-Ausführungen und deren Auslegungskriterien sind allgemein bekannt. Verschiedene Aufgabenstellungen und Arbeitsbedingungen erfordern jedoch häufig Lösungen in Form von speziellen Konstruktionen. Der Beitrag zeigt einige Beispiele.

Generell bestimmen die Produkteigenschaften und Betriebsparameter die Bauart und Konstruktion der Zellenradschleuse. In einigen Fällen haben diese Komponenten auch Sicherheitsaufgaben zu erfüllen, z.B. das Ausbreiten von Staubexplosionen zu verhindern. S.S.T.-Schüttguttechnik bietet daher unterschiedliche Zellenradschleusen in den Ausführungen Basic, Clean, Heavy, Hygienic und Schutzsystem an. Alle Zellenradschleusen dieser Baureihen entsprechen der seit 2009 geltenden Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und wurden für den Einsatz unter Ex-Bedingungen konzipiert. Die Eignung für die Zone 20 wurde mit einer Baumusterprüfung bescheinigt. Damit können diese Zellenradschleusen in Zone 20 Kategorie 1 nach Atex RL 2014/34/EU mit Konformitätserklärung eingesetzt werden.

In der Industrie werden immer feinere Stäube verarbeitet. Sind diese Stäube brennbar, entsteht mit Luft ein zündfähiges Gemisch. Mit einer Zündquelle, wie Funken oder heiße Oberflächen, kommt es zur Explosion. Zur Vermeidung der Ausbreitung von Druckwellen und/oder Funken bzw. Flammen sind Zellenradschleusen in druckstoßfester und flammendurchschlagsicherer Ausführung ein bewährtes Mittel, vor allem wenn sie auch Förder- und Dosieraufgaben übernehmen.

Für den Einsatz unter Ex-Bedingungen wurde die Zellenradschleuse Typ SRVP, druckstoßfest und flammendurchschlagsicher, entscheidend weiterentwickelt. Die Bemessung und Gestaltung des Rotors, vor allem der Spalte zwischen Rotor und Gehäuse wurde konstruktiv so vorgenommen, dass die bei einer Staubexplosion mit sehr hoher Geschwindigkeit heranströmenden Funken in der Zellenradschleuse zum Erlöschen gebracht werden. Die axiale Fixierung des Rotors wurde den erhöhten Belastungen angepasst und verstärkt. Auch die Wellenabdichtung nach außen wurde mittels spezieller Radialwellendichtringe optimiert. Unter Explosionsbedingungen wurde diese Zellenradschleuse von der Dekra-Exam ausgiebig getestet und eine Druckstoßfestigkeit bis 13 bar Ü und die Flammendurchschlagsicherheit mit einer Baumusterprüfung bescheinigt. Damit ist diese Zellenradschleuse ein Schutzsystem Kategorie 1 nach Atex RL 2014/34/EU.

Heavy-Ausführung für höchste Temperaturen

Entscheidend für die Bauart und Konstruktion der Zellenradschleuse sind die Produkteigenschaften und Betriebsparameter. Im Wesentlichen sind das verschiedene Rotorbauarten, wie gerundete Taschen oder auswechselbare Dichtleisten aus Elastomer oder Stahl (siehe Tabelle). Unter rauen Bedingungen, z.B. abrasive Produkte oder im Kraftwerksbetrieb mit hoher Verfügbarkeit, kommen folgende Zellenradschleusen-Merkmale zum Einsatz:

  • abgesetzte Lager
  • Stopfbuchspackung
  • Werkstoffe für Temperaturen bis 500 °C
  • verschleißgeschützt: Gehäuse mit Einsatz-Schleißbuchse, Hartverchromung oder Panzerung, Rotor mit Hartmetall bestückt

Mikrodosierschleusen werden zur Dosierung von kleinen Mengen im Bereich von 3 dm3/h bis ca. 4000 dm3/h eingesetzt; bei Produktfließeigenschaften von schwerfließend bis durchschießend. Weitere Anforderungen sind: Dosieren gegen Druckdifferenz bis 1,5 bar, Temperatur bis 150 °C, Dosiergenauigkeit unter ±2 % (ohne Differenzdruck), pulsationsarmer Massenstrom. Um diese Anforderungen zu erfüllen, besitzen die Mikrodosierschleusen Spezialzellenräder mit sehr kleinen Taschen (<10 cm3), die in mehreren Reihen versetzt zueinander angeordnet sind, um Massenstrom-Pulsation zu verhindern. Für eine hohe Dosiergenauigkeit sorgt eine Räumeinrichtung im Auslaufbereich für eine vollständige Entleerung der Taschen. Besondere Konstruktionsmerkmale sind ein robustes Gussgehäuse, Präzisions-Rotor, Wellenabdichtung druckdicht bis 1,5 bar, Temperatur bis 150 °C, außenliegende Lager, Schneckengetriebemotor. Zur optimalen Befüllung der Rotor-Kammern wird der Schleuse ein Rührwerksbehälter vorgeschaltet. Dadurch wird ein 100-prozentiger Füllungsgrad erreicht. Die Einheit Mikrodosierschleuse plus Rührwerksbehälter kann mit Wägezellen, Wägeelektronik zu einer Differential-Dosierwaage kombiniert werden.Die Mikrodosierschleusen wurden u.a. mit Erfolg in Rauchgasreinigungsanlagen zur Dosierung von Adsorbens wie Kalkhydrat, Herdofenkoks, Aktivkohle, beladenes Adsorbens in der Rezirkulierung und Kalksteinmehl eingesetzt.

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Räumradschleusen für schwierige Kandidaten

Räumradschleusen werden wie die Basis-Zellenradschleusen zum Austragen und Dosieren eingesetzt, vor allem jedoch bei schwierigen Schüttguteigenschaften wie anhaftend, kohäsiv, hygroskopisch, brückenbildend, Feuchtigkeit oder bei Dämpfen von unten (z.B. von einem Reaktor). Der besondere Aufbau und die Funktion der Solids-Räumradschleuse verhindern zuverlässig, dass sich in den Taschen des Zellenrades Produkt ansetzt. Im Schleusengehäuse drehen sich das Zellenrad und der Räumer synchron und gegensinnig zueinander, sodass in den Zellenradtaschen anhaftendes Gut durch den Räumer abgestreift wird. Der über eine elastische Ausgleichskupplung direkt angekuppelte Getriebemotor treibt die Räumradwelle an. Von dieser Welle wird über das einstufige Stirnradgetriebe das Zellenrad angetrieben. Dadurch laufen Zellenrad und Räumer ohne gegenseitige Berührung synchron und gegensinnig zueinander. Zellenrad und Räumer sind mit nachstellbaren Dicht- bzw. Abstreif-Leisten aus Spezialstahl oder elastischem Werkstoff ausgerüstet. Der Räumer schabt somit anhaftendes Produkt aus den gerundeten Zellenrad-Kammern. Es fällt durch die Auslauföffnung im Gehäuse nach unten heraus.

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